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工業(yè)窯爐污染源無人機(jī)氣體監(jiān)測系統(tǒng)

一、前言

近幾年來我國大氣污染狀況越來越嚴(yán)重，特別霧霾（顆粒物PM2.5、PM10等）在污染物中所占的比例越來越重，因此我國的大氣污染檢測與治理的任務(wù)也越來越重。國家對此也在大多數(shù)城市布設(shè)或者完善了顆粒物、氣體檢測設(shè)備，形成了國控點結(jié)合省控點分布密集的地面污染源檢測網(wǎng)。

不過，大氣環(huán)境治理首先要知道污染源現(xiàn)狀，這是重要的前期監(jiān)測工作。傳統(tǒng)的監(jiān)測方式以地面監(jiān)測站為主，現(xiàn)在發(fā)展成在線監(jiān)測，通過網(wǎng)絡(luò)建立傳感系統(tǒng)監(jiān)測。但從傳統(tǒng)監(jiān)測到網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測，依然無法滿足新時期環(huán)境監(jiān)測的要求，目前無人機(jī)已經(jīng)應(yīng)用到大氣污染環(huán)境檢測中。

無人機(jī)遙感技術(shù)作為繼航空、航天遙感后的第3代遙感技術(shù)：具有立體監(jiān)測、響應(yīng)速度快、監(jiān)測范圍廣、地形干擾小等優(yōu)點, 是今后進(jìn)行大氣突發(fā)事件污染源識別和濃度監(jiān)測的重要發(fā)展方向之一。

但是由于無人機(jī)的載荷有限．要完成高精度的大氣環(huán)境監(jiān)測工作需要高精度的傳感器荷載．而傳統(tǒng)傳感器往往在體積、重量等方面的限制可供選擇的不多。因此．深圳市圣凱安科技有限公司研究開發(fā)適合無人機(jī)搭載的小型．輕型傳感器荷載來實現(xiàn)無人機(jī)大氣污染監(jiān)測、無人機(jī)固定污染物。

二、簡介

無人機(jī)氣體監(jiān)測系統(tǒng)（SKA/WRJ-8）是圣凱安科技專為無人機(jī)大氣環(huán)境監(jiān)測而專門設(shè)計的一款產(chǎn)品。標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)測參數(shù)包括：SO2，NO2，O3，CO以及可顆粒物PM2.5和PM10等，并實時傳輸回地面顯示無人機(jī)飛行所在環(huán)境的檢測數(shù)據(jù)及生成對應(yīng)的趨勢曲線。同時通過配置圣凱安科技高精度、體積小、重量輕的智能型7NE系列氣體傳感器可擴(kuò)展檢測NH3，HCN，HCL及甲烷/非甲烷碳?xì)浠衔铩?/span>VOC等幾百種氣體參數(shù)，可搭載在無人機(jī)上進(jìn)行檢測并對無人機(jī)飛行不會造成影響。

    組成：無人機(jī)氣體監(jiān)測系統(tǒng)（SKA/WRJ-8）主要包含幾部分：采樣單元、數(shù)據(jù)傳輸單元、數(shù)據(jù)分析單元等；采樣單元監(jiān)測的數(shù)據(jù)通過數(shù)傳或GPRS傳輸單元傳送至地面顯示平臺進(jìn)行實時控制、數(shù)據(jù)管理及圖表生成。

三、無人機(jī)氣體檢測荷載特點

●軟件可以支持多家無人機(jī)制造商包括大疆所有系列。

●上千種氣體傳感器可以隨時更換，系統(tǒng)帶有自動識別功能。

●外殼防水、防風(fēng)、防塵、防撞擊設(shè)計

●實時顯示監(jiān)測數(shù)據(jù)，并生成對應(yīng)的趨勢曲線。

●可查看歷史實時數(shù)據(jù)，并同時生成曲線分析圖，列表和圖表樣式顯示歷史數(shù)據(jù)，方便對比查看。

●同時顯示經(jīng)緯度、高度、飛機(jī)狀態(tài)、溫度、濕度、PM1、PM2.5、PM10、上千種氣體實時濃度值。

●檢測精度可達(dá)到ppb級。

●實時無線傳輸數(shù)據(jù)到地面端，也可以通過GPRS實時傳輸?shù)椒?wù)器。

四無人機(jī)氣體檢測荷載參數(shù)

●適用：多旋翼無人機(jī)、固定翼

●檢測氣體：PM2.5、PM10、NO2、SO2、CO、O3、VOC等

●電化學(xué)、激光

●重量：1000克（7參數(shù)）

●尺寸：220×145×60mm

●供電：12-24V

●數(shù)據(jù)傳輸方式：GPRS /數(shù)傳

●工作環(huán)境溫度：(-30~+60)℃

●工作環(huán)境濕度：(15 ~ 95)% RH 無凝露

●設(shè)備壽命：氣體器件壽命2年

五、無人機(jī)氣體檢測荷載尺寸圖

六、無人機(jī)氣體軟件界面及數(shù)據(jù)分析 

      地面接收系統(tǒng)的軟件Green Ear是專門設(shè)計的可用于上述監(jiān)測檢測數(shù)據(jù)接收、解碼、顯示、處理、報告并向云端上傳的軟件，它與通用飛控軟件Mission Planner相結(jié)合，在獲取飛行路徑規(guī)劃及飛行器飛行姿態(tài)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上加我司的氣體檢測設(shè)備的實時濃度值進(jìn)行數(shù)據(jù)分析融合，并支持多探測器同步數(shù)據(jù)回傳和處理功能。

    數(shù)據(jù)分析平臺，主要功能應(yīng)包括實時數(shù)據(jù)展示、歷史數(shù)據(jù)查詢、區(qū)域的GPS經(jīng)緯度、時間等信息同步傳回地面接收系統(tǒng)。

(1)實時數(shù)據(jù)展示

   平臺可對各類監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行實時展示。將空氣質(zhì)量氣體傳感器數(shù)據(jù)、有害氣體應(yīng)急監(jiān)測數(shù)據(jù)匯入到統(tǒng)一平臺，統(tǒng)一管理，綜合展示。氣體傳感器數(shù)據(jù)以不同顏色代表不同污染級別。

(2)歷史數(shù)據(jù)查詢

   將各點位的歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單的統(tǒng)計分析，例如日變化分析、時間序列分析等，幫助采購方節(jié)約手動分析時間成本，同時還能夠幫助采購方了解基本污染狀況。

七、無人機(jī)氣體檢測系統(tǒng) 

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理

    這套系統(tǒng)主要包括無人飛行器、NE sensor氣體檢測、數(shù)傳/GPRS、地面站/服務(wù)器、數(shù)據(jù)處理軟件等構(gòu)成。主要的作用于檢測大氣空氣質(zhì)量AQI與應(yīng)急檢測有害有害氣體，其精度可以達(dá)到1PPB。改變了傳統(tǒng)固定點的檢測使得氣體檢測變得靈活、快速、準(zhǔn)確、方便。

2 氣體濃度數(shù)據(jù)采集的軟件實現(xiàn)

　　氣體檢測這塊有著成千上萬種氣體種類、量程、精度等。我司為了簡化用戶的操作與成本。我司特設(shè)計一套7NE系列的傳感器。有著一整套完整的軟件信息系統(tǒng)，把所有可以檢測到的氣體種類我們有效的劃分開實現(xiàn)全部智能化的識別系統(tǒng)?？蛻艨梢愿鶕?jù)不同的檢測場景搭配不同的傳感器；使得無人機(jī)氣體檢測非常靈活不受荷載的影響。數(shù)據(jù)采集主要如下圖所示。

3傳輸協(xié)議

    根據(jù)7NE系列氣體傳感器的通訊方式可以采用模擬電壓、模擬電流、TTL、RS485，我司的采用的是RS485、TTL兩組通訊方式。

串口波特率9600，校驗位無，8個數(shù)據(jù)位，1個停止位；數(shù)值為Hex

八、應(yīng)用市場